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你知道如何正确使用无源探头吗?(二)

发布时间: 2019/12/11   浏览次数:109    作者:云帆兴烨

只要信号路径和返回路径分开接触DUT,则总会有一些前端环路电感,当源阻抗低时,Q可能会很高,可能会产生人为的振铃。解决此问题的另一种方法是在探头前端增加一个串联阻尼电阻,下面我首先分析增加串联阻尼电阻的优缺点。即使在无源探头前端串联一个9MΩ的电阻,也很容易忘记它上面有一个9.5 pF的电容,在100 MHz时,9.5 pF电容的阻抗仅为250Ω
阻尼电阻的值应足够大以提供约1Q,但又不能太大以至于响应时间过大,当Q1时,串联电阻应为:

使用串联阻尼电阻可以减小Q,但同时也会减小带宽并提高示波器可以测量到的最短上升时间,当带宽为100 MHz时,可以测量到的最短上升时间约为3.5 ns。图1显示了一个示例,在测量5 V开关电源时,10x探头前端增加220Ω串联电阻,这略高于临界阻尼电阻,因此传递函数中不会出现峰值或瞬态响应中不会出现振铃。等效的传递函数表明,-3dB带宽大约为100 MHz,这表示可以测量到的最短上升时间为3.5 ns


1220Ω串联阻尼电阻可减少传递函数中的尖峰并消除人为振铃,但会稍微增加上升时间

最小化10x无源探头的前端电感很重要,在测量低阻抗电源轨时,任何前端电感都可能引起人为的振铃,在前端增加一个大约200欧姆的串联电阻会减少这种误差,但也会将探头的带宽降低到100 MHz或更低。如果您的电源轨测试应用需要高于100 MHz的带宽,请考虑使用诸如力科RP4030有源电源轨探头之类的探头,该探头没有此限制。


力科专用的电源轨测量探头RP4030

减小前端环路电感的常用方法

为了减小10x无源探头的前端环路电感,建议使用通常标配的两个适配器:BNC适配器和PCB适配器。大的前端环路电感将降低10x探头的性能,尽可能降低前端回路电感始终很重要,每个探头通常附带两个适配器,以减少前端环路电感。对于地线,最坏的情况是使用提供的3英寸接地线,更好一点的选择是使用小的弹簧地线,最好的是同轴适配器(图3)。尽可能使用同轴连接到电路板或DUT,这样可以减少前端电感,减少RF噪声拾取,并为10x探头提供最高带宽。当无法使用同轴连接DUT时,请使用探头上的短弹簧地线。当无法使用短弹簧地线时,请注意,探头将工作在有限的带宽下,对RF拾取更为敏感,并且在测量上升时间较短的信号时可能会出现振铃现象。左侧显示了用于将10x探头连接到DUT的三种连接方式,右边是它们相应的传递函数

RF拾取和前端环路电感

探头中信号路径和返回路径的任何分隔都会有效地形成天线,因此,较大的前端环路电感意味着更高的RF灵敏度,当在可能具有较大近场辐射发射的板上探测信号时(例如,开关电源),很难将板上实际测量的电压与与拾取R相关噪声区分开。测量环境噪声的一种方法是使用第二个10x探头,其前端短接在一起,专门用作拾波线圈。当放置在测量导体上电压的10x探针附近时,可以粗略地测量局部RF噪声。图4显示了两个测量信号,一个在电源轨上,另一个是本地RF拾取。

这些波形显示了来自本地环境的RF拾取的相对幅度和形状以及在电源轨上测得的电压值得注意的是,需要电路板在近场有很大的噪声,频率为100 MHz信号的波长为10英尺,这意味着距离电路板几英寸内的所有测量都是属于近场测量。但是,近场发射很强并不意味着远场发射也很强,许多近场源会随着距离迅速下降。当射频拾取信号占导体上测得电压的很大一部分时,请小心将测到的电压解释为真实信号,可能只是RF拾取噪声,与DUT上的实际电压无关。解决射频拾取问题的方法是使用同轴从10x探头连接到DUT,同轴性质的连接将对射频拾取的灵敏度降至最低。许多10x无源探头套件都包含同轴PCB适配器,适配器可以在以100 mil为中心的测试点上焊接到PCB中,并提供从板上的焊盘到10x探针的同轴连接。图5显示了使用该适配器的示例及其对降低该导轨上的RF拾取噪声的影响。使用同轴PCB适配器的10x探头大大减少了射频噪声拾取的数量。

总结

10x无源探头是用于许多常规测量的主力探头,当测量的最小信号变化>100mv时,它的最佳应用场景是带宽<100 MHz和电压范围小于400 V的信号。在此范围之外,必须特别注意执行可靠,准确的测量。


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